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宇宙微波背景辐射 , 是宇宙中最古老和遥远的信号 , 也是我们能观测到的最遥远的信号 , 科学家常以此分析推断宇宙年龄 。
在近代之前 , 人们认为宇宙包含着无限的空间与时间 。 随着19世纪现代物理学理论的逐步建立 , 科学家发现 , 宇宙的年龄不可能是无限的 。 按照热力学理论 , 如果宇宙从诞生之初到现在 , 已经过无限长时间 , 那么整个宇宙都会处于温度完全相同的热寂状态 , 不会再有恒星表面炙热与遥远深空极寒间的分别 。 从那时起 , 人们便开始对宇宙年龄的探究 。
如果我们了解了一个人的出生时间 , 自然也就能计算出他的年龄 。 遵循同样的方式 , 科学家也在寻找宇宙中最古老的恒星 , 以确定宇宙的“生日” 。 和人有生老病死一样 , 夜空中闪亮的恒星也有诞生和消亡的过程 。 通过对大量恒星观测资料的分析 , 科学家发现 , 恒星的光度、寿命和质量存在着紧密联系 。 恒星质量越大 , 越能发出强烈的光 , 但寿命也越短 。 相反 , 如果恒星的质量较小 , 虽然比较暗弱 , 寿命却能持续比较长 。
一般来说 , 质量较小的长寿命恒星 , 最常存在于球状星团之中 。 一个球状星团中 , 一般含有几万到十几万颗老年行星 。 像银河系这样的星系中 , 大概有数百到上千个球状星团 。 在所有古老恒星中 , 寻找生日最早的那颗 , 就能帮助我们推断宇宙的生日 。
此外 , 天文学家也能通过恒星的组成成分 , 来筛选较为古老的恒星 。 一种只含有氢、氦两种元素的特殊行星 , 被认为是宇宙形成初期的恒星存在形式 。 科学家找到这种恒星后 , 也可将其列入古老恒星行列 。
通过这种途径 , 能确定宇宙年龄的下限为110亿年 , 却无法给出宇宙年龄的上限 。 随着观测技术的进步 , 天文学家有可能观测到更古老的恒星 , 由此继续“刷新”宇宙年龄 。
在20世纪初 , 科学家通过分析恒星光谱信号中的多普勒效应 , 发现宇宙正处于不断膨胀的过程中 。 距离地球越远的天体 , 由于宇宙膨胀而远离地球的速度越快 , 而天体距离与天体速度之间的系数 , 被称为哈勃常量 。 如能准确测量哈勃常量 , 我们就能根据宇宙学模型 , 倒推出宇宙膨胀持续的时间 , 进而推断出宇宙的年龄 。 这也是目前确定宇宙年龄的另一种方式 。
近年来 , 哈勃常数的精确测量主要通过宇宙微波背景辐射的观测来获得 。 宇宙微波背景辐射的信号频率位于微波无线电信号的范围内 , 是宇宙初生时的遗迹 。
根据目前的宇宙学理论 , 在宇宙刚刚诞生时 , 充斥着分离的电子和质子 , 呈现一片模糊不清的混沌景象 。 随着宇宙的膨胀 , 温度逐渐降低 , 分离的质子和电子开始聚集成中性原子 , 宇宙变得不再模糊 。 但是 , 有些光子在这个过程中逃逸出来 , 就成了宇宙微波背景辐射的能量载体 。
一般来说 , 宇宙中只有处于特定位置的恒星或其他天体才会发出各种信号 , 宇宙微波背景辐射却是无处不在的 。
目前 , 对宇宙微波背景辐射最精确的测量 , 来自欧洲空间局发射的普朗克卫星 。 使用这颗卫星带来的数据 , 天文学家目前计算出的宇宙年龄为137.87亿年 , 误差大致在200万年以内 。
相对于人的一生 , 宇宙年龄可称得上是“永恒”了 。 (李会超)
【宇宙年龄|宇宙年龄多少岁】来源:解放军报
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